JPH08162305A - 電圧非直線抵抗体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 脱脂が十分になされ、放電耐量等の非直線特
性に優れた電圧非直線抵抗体を提供することを目的とす
る。 【構成】 酸化亜鉛を主成分とする原料粉体を造粒及び
成形して成形体を得て、この成形体を仮焼して１次焼結
させた後に、仮焼された成形体の側面に絶縁層を形成し
て電圧非直線抵抗体を製造する。この際、仮焼工程にお
いて、成形体を２０〜６０（℃／時間）の昇温速度で５
００〜７００(℃)としてその温度を２〜３時間程度保持
する。その後に、４０〜８０（℃／時間）の昇温速度で
８５０〜９５０℃まで昇温してその温度を所定時間保持
する。更に、前記仮焼工程の降温速度を４０〜８０（℃
／時間）として室温まで冷却する。好ましくは、仮焼炉
内の酸素濃度を６％以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は酸化亜鉛を主成分とする
非直線抵抗体に関し、特に、主として酸化亜鉛形避電器
に組み込まれる電圧非直線抵抗体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電圧非直線抵抗体（非直線抵抗
体）はオームの法則に従わず、電圧が高くなると抵抗が
減少し、電流が著しく増加するという電圧非直線的な電
圧−電流特性を有するため、避雷器やサージアブソーバ
のような異常電圧の吸収などの用途において大きな効果
を発揮する。

【０００３】このような電圧非直線抵抗体として例えば
酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子が挙げられる。一
般に、この酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体は
副添加物として酸化ビスマス、酸化珪素、酸化アンチモ
ン、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化クロム、酸化ニ
ッケル等を含有し、電圧非直線性が高く熱損失の小さい
組成配合となっている。

【０００４】通常、上記のような酸化亜鉛を主成分とす
る電圧非直線抵抗体は以下のように製造される。

【０００５】まず、上記副添加成分をボールミル等で予
備粉砕した後にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等の有
機バインダ及び酸化亜鉛と混合し、この混合物をスプレ
ードライヤーで乾燥させて流動性の良い造粒粉を得る。 次に、この造粒粉を金型成形プレスにより円板等の形状
に成形し、脱脂を行った後に1000(℃)〜1300(℃)で数時
間焼成を行い、更に側面に絶縁コーティングを施した後
に両平面を研磨し、アルミニウムの電極を溶射して電圧
非直線抵抗体素子を完成する。

【０００６】以上のようにして得られた素子は、例えば
避雷器の限流要素ユニット等に用いられる。

【０００７】通常、この電圧非直線抵抗体の側面を絶縁
するために、この側面に高抵抗層を形成させる必要があ
る。その方法として、ＺnＯ、Ｂi₂０₃、Ｓb₂０₃、ＳiＯ
₂等を所定の配合で混合し、有機バインダーと有機溶剤
でペースト状にして、成形体、脱脂後の素子または焼結
体の所定部分にローラー塗布して焼付処理を行うことで
側面絶縁を行っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
電圧非直線抵抗体の製造方法は、抵抗体素子と側面絶縁
材との熱膨張係数が異なることから、素子を冷却する際
に両者の収縮率が異なるものとなる。

【０００９】従って、抵抗体素子と側面の高抵抗層との
密着性が悪くなり、結果的には放電耐量の低下につなが
ってしまう。また、脱脂後の素子は、バインダー成分の
除去は完了しているものの焼結は始まっていないので、
非常に脆弱な状態である。このため、高抵抗層を塗布す
る工程で素子の破壊が起こりやすい。

【００１０】更に、脱脂が不十分であると素子内にピン
ホールが発生し、放電耐量が更に低下してしまう。

【００１１】本発明は上記背景の下になされたものであ
り、脱脂が十分になされ、放電耐量等の非直線特性に優
れた電圧非直線抵抗体を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、本発明は、酸化亜鉛を主成分とする原料粉
体を造粒及び成形して成形体を得る工程と、この成形体
を仮焼して１次焼結させる仮焼工程と、仮焼された成形
体の側面に絶縁層を形成する側面絶縁工程と、を有し、
前記仮焼工程において、前記成形体を２０〜６０（℃／
時間）の昇温速度で５００〜７００(℃)としてその温度
を所定時間保持した後に、４０〜８０（℃／時間）の昇
温速度で８５０〜９５０℃まで昇温してその温度を所定
時間保持した後に降温させることを特徴とする。

【００１３】好ましくは、前記仮焼工程の降温速度を４
０〜８０（℃／時間）とする。また、更に好ましくは、
前記仮焼工程における仮焼炉内の酸素濃度を６％以上と
する。

【００１４】尚、上記仮焼をガス炉にて行うことで、従
来の電気炉を用いる方法に比べてエネルギーコストが低
くなる。

【００１５】以下、本発明を更に詳細に説明する。

【００１６】成形体を室温から上昇させる際、昇温速度
を８０℃／ｈ以上とすると、ＰＶＡ等の結合剤が十分に
焼却除去されず、ピンホールの発生率が高くなって耐量
も低下してしまう。

【００１７】また、成形体を５００〜７００(℃)として
温度を一定に保持した後の昇温工程における昇温速度を
８０(℃／時間)より大きくすると、成形体内に温度差が
発生して均一な焼結ができなくなる。これにより成形体
にクラック等が発生してしまい、電圧非直線性も低下す
る。また、昇温速度がそれ以下であると、電圧非直線性
が悪化してしまう。

【００１８】更に、成形体を急激に冷却する、熱歪みの
ため特性が低下してしまう。従って、降温速度は４０〜
８０(℃／時間)とすることが好ましい。

【００１９】更にまた、仮焼中においては、酸素は５０
０℃以下ではバインダーの燃焼、それ以上の温度域では
焼結（１次）によって消費される。従って、酸素濃度を
高くすることが好ましく、特に酸素濃度を６％以上とす
ると、開閉サージ耐量等の各種特性が高くなる。

【００２０】尚、本発明においては成形体を焼結した後
に側面絶縁を行っているので、成形体にある程度の強度
が得られ、側面絶縁時における成形体の破損も少なくな
り、歩留まりも向上される。

【００２１】

【実施例】まず、主原料である酸化亜鉛と所定量の添加
物スラリー、有機バインダーを混合し、脱泡後、スプレ
ードライヤーで噴霧乾燥し、造粒粉を得た。

【００２２】この造粒粉を金型プレスで直径３２(mm)、
高さ３０(mm)の円柱状（φ３２−ｔ３０）に成形し、得
られた成形体を表１に示すプロファイルにてガス焼成炉
にて仮焼を行った。

【００２３】この仮焼体に高抵抗層を塗布して１０００
〜１４００℃で焼成を行った。次に、ガラス粉末を有機
バインダーと有機溶剤でペースト状にしたものを焼成体
側面に塗布し、空気中で熱処理しガラス層を形成した。
その素子の両端面を平滑に研磨し、研磨面の検査を行っ
た。

【００２４】その後、アルミニウム電極を溶射し電圧非
直線抵抗体を完成させた。 尚、上記仮焼工程において
は、昇温工程１で昇温速度を一定として温度を上昇させ
た後に、温度保持工程で所定時間温度を一定［この例で
は６００(℃)］とする。

【００２５】その後、昇温工程２で昇温速度を一定とし
て再度温度を上昇させ、温度保持工程２で再度所定時間
一定温度［この例では９１５(℃)］とする。更に、降温
工程で降温速度を一定として素子を冷却した。尚、炉内
の酸素濃度についても，2.0〜10.0％の間で好ましい濃
度を求めた。

【００２６】上記仮焼工程における各試料抵抗体試料の
仮焼条件を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】例えば、抵抗体試料１の仮焼工程において
は、昇温工程１において昇温速度が２０(℃／時間)とな
るように成形体加熱し、続く温度保持工程で試料の温度
を６００(℃)で３時間一定に保つ。

【００２９】その後に昇温工程２で昇温速度が４０(℃
／時間)となるように加熱し、続く温度保持工程で試料
の温度を９１５(℃)として６時間一定に保つ。その後、
降温速度を６０(℃／時間)として素子を室温程度まで冷
却した。尚、各試料の炉内酸素濃度も併せて表１に示し
た。この際、各酸素濃度は、昇温工程、温度保持工程、
降温工程を通じて一定となるようにした。

【００３０】完成した電圧非直線抵抗体に対し、それぞ
れ電圧非直線抵抗指数α、開閉サージ耐量等を調べた。
このようにして得られた各抵抗体試料１〜２０における
各種特性の試験結果を表２に示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】表１に示されるように、試料１〜５では昇
温工程１において６００℃までの昇温速度を変化させ、
その他の条件を固定している。

【００３３】その結果、表２に示されるように、昇温速
度を２０〜６０(℃／時間)とした本発明に適合する試料
１〜３は、いずれもピンホール発生率が低く電圧非直線
性も良好であった。昇温速度を８０℃／ｈ以上とする
と、ＰＶＡ等の結合剤除去が不完全となり、ピンホール
の発生率が高くなって耐量も低下してしまう。

【００３４】試料６〜１０においては、温度保持工程で
温度を６００℃として一定に保持した後、９１５℃まで
の昇温速度を変化させ、その他の条件は固定した。

【００３５】その結果、表２に示されるように、昇温速
度を４０〜８０(℃／時間)とした本発明に適合する試料
７〜９は、何れも電圧非直線性が良好で、開閉サージ耐
量も良好であった。

【００３６】それ以上の昇温速度で昇温すると、成形体
内に温度差が発生して均一な焼結ができなくなってクラ
ック等が発生してしまい、電圧非直線性も低下する。ま
た、昇温速度がそれ以下であると、電圧非直線性が悪化
してしまう。

【００３７】試料１１〜１５においては、仮焼温度で一
定時間保持した後の降温速度を変化させた。その他の条
件は固定した。

【００３８】その結果、表２に示されるように、降温速
度を４０〜８０(℃／時間)とした本発明に適合する試料
１２〜１４は、いずれも特性は良好であった。降温速度
を速くすると、熱歪みのため特性が低下してしまう。

【００３９】更に、試料１６〜２０においては、温度条
件を一定として仮焼時の炉内酸素濃度を変化させた。

【００４０】その結果、表２に示されるように、本発明
に適合する試料１８〜２０は、いずれもピンホールの発
生が少なく、電圧非直線性や開閉サージも良好であるこ
とが判明した。

【００４１】仮焼中においては、酸素は５００℃以下で
はバインダーの燃焼、それ以上の温度域では焼結（１
次）によって消費されるので、所定の酸素濃度を保つた
めに空気を強制的に導入し、その導入量を空気弁で調節
した。

【００４２】炉内酸素濃度がそれ以下であると、酸化ビ
スマスの蒸発が起こりやすく特性が悪化する。また、酸
素量不足でバインダーの燃焼が不完全となり、ピンホー
ルの増加、耐量の低下につながる。

【００４３】尚、保持温度に関しては、温度保持工程１
では６００℃±１００℃、温度保持工程２では９００℃
±５０℃でも特性的に変化のないことも確認した。

【００４４】また、仮焼工程において、従来使用してい
た電気炉に代えてガス炉を使用することで、エネルギー
コストも削減された。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＺnＯ主成分とする電圧非直線抵抗体の製造において仮
焼工程における温度条件を好適化することで、ピンホー
ルの発生率が低下し、電圧非直線性、開閉サージ耐量が
向上した。

【００４６】また、仮焼体に高抵抗層を塗布し、焼成時
に焼付けを行うことで、素子との密着性が増して耐量が
向上した。

【００４７】更に、仮焼工程で１次焼結させるため、従
来の脱脂した素子に高抵抗層を塗布していたときと比べ
て、塗布中の素子が欠けてしまうなどの不良が低減し
た。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 憲明 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化亜鉛を主成分とする原料粉体を造粒
   及び成形して成形体を得る工程と、この成形体を仮焼し
   て１次焼結させる仮焼工程と、仮焼された成形体の側面
   に絶縁層を形成する側面絶縁工程と、を有し、 前記仮焼工程において、前記成形体を２０〜６０（℃／
   時間）の昇温速度で５００〜７００(℃)としてその温度
   を所定時間保持した後に、４０〜８０（℃／時間）の昇
   温速度で８５０〜９５０℃まで昇温してその温度を所定
   時間保持した後に降温させることを特徴とする電圧非直
   線抵抗体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記仮焼工程の降温速度を４０〜８０
   （℃／時間）としたことを特徴とする電圧非直線抵抗体
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記仮焼工程における仮焼炉内の酸素濃
   度を６％以上としたことを特徴とする請求項１または２
   記載の電圧非直線抵抗体の製造方法。